Estudo sobre características de secagem de lamas municipais

Tomando como matéria-prima o lodo de desidratação da Estação Municipal de Tratamento de Esgoto do Distrito de Qingpu, este artigo estuda as diferenças nas características do lodo antes e depois da secagem nos aspectos de análise industrial, micromorfologia, composição básica e poder calorífico, e fornece dados básicos para o realização de secagem e incineração de lodo.

O lodo é um subproduto do processo de tratamento de esgoto, com alto teor de água (geralmente cerca de 98%), grande volume, características de difícil descarte, e a composição do lodo é complexa, contendo grande número de substâncias orgânicas, metais pesados, sais , substâncias difíceis de degradar e microorganismos patogênicos, ovos parasitas e assim por diante. Com o aprofundamento do tratamento de esgoto, o tratamento e descarte razoáveis ​​do lodo são cada vez mais importantes, e o lodo não tratado é uma grande ameaça ao meio ambiente.

Segundo dados do Instituto de Pesquisa E20, mais da metade do lodo gerado pelas estações de tratamento de esgoto é tratado e destinado em aterro sanitário, e mais de 18% do lodo é perdido. Mais de 50% do teor de água de 80% do lodo desidratado é descartado pelo método simples de aterro. Este método de descarte não só causa grave poluição ambiental secundária, mas também ocupa uma grande área e, no longo prazo, não haverá terreno para enterrar. A proposta de requisitos de tratamento e eliminação de lamas no "Água Dez" e no "13º Plano Quinquenal" promoveu o crescimento do mercado de tratamento e eliminação de lamas sob a condição de políticas favoráveis, e a tecnologia e os equipamentos de tratamento relacionados também se desenvolveram rapidamente .

“As melhores diretrizes técnicas viáveis ​​​​para tratamento e disposição de LAMAS em estações de tratamento de esgoto” acredita que a secagem e incineração de lamas é a direção defendida por nosso país no futuro. Para realizar a secagem e incineração do lodo com alta eficiência e baixo consumo de energia, é necessário estudar sistematicamente as características do lodo antes e depois da secagem sob vários ângulos.

Neste trabalho foram estudadas as características do lodo desidratado antes e após a secagem a partir dos aspectos de análise básica, micromorfologia, composição básica e poder calorífico, que forneceram dados básicos para a realização da secagem e incineração do lodo.

Equipamento experimental

O lodo de desidratação municipal é seco usando um secador de película fina, e o diagrama de estrutura do secador de camada fina é mostrado na Figura. A máquina de secagem de filme fino é composta por casco, rotor e dispositivo de acionamento. O rotor espalha o lodo desidratado em uma camada fina na parede interna da camisa e seca o lodo pelo vapor de alta temperatura ou óleo de condução de calor na camisa.

Análise básica e comparação antes e depois da secagem do lodo

O vapor superaquecido de 160°C e 0,6Mpa foi passado para o secador de película fina para secar o lodo desidratado com um teor de umidade de cerca de 80% até um teor de umidade inferior a 30%. O lodo antes e depois da secagem foi amostrado e analisado diversas vezes. Os resultados mostraram que o conteúdo volátil do lodo foi reduzido após a secagem, e o conteúdo volátil da base de secagem foi reduzido em 4,53% ~ 8,66%. Ao mesmo tempo, o teor de cinzas do lodo aumentou e o alto valor calórico da base de secagem diminuiu 0,335~1,15MJ/kg. Isto ocorre principalmente porque no processo de secagem térmica, os compostos orgânicos voláteis no lodo e algumas partículas finas de lodo tornam-se o gás residual da secagem junto com o vapor de água da secagem e entram na seção subsequente de tratamento do gás residual.

Comparação microestrutural do lodo antes e depois da secagem

A figura a seguir mostra a microestrutura do lodo antes e depois da secagem. Como pode ser visto na figura, a estrutura do lodo antes da secagem é relativamente solta, e um grande número de polímeros extracelulares são enrolados e reunidos fora do colóide, formando uma estrutura agregada óbvia. Desta forma, a água ligada, a água intersticial e a água intracelular no lodo são envolvidas no floco de lodo, de modo que é difícil desidratar ainda mais através de ações físicas e químicas. Em comparação com o lodo após a secagem, o lodo antes da secagem tem maior porosidade, maior área superficial específica, forte compressibilidade e o floco de lodo pode ser destruído pela aplicação de menor força mecânica ou pelo fornecimento de calor. Com a evaporação da água no lodo, a estrutura do floco de lodo colapsa gradativamente, formando uma estrutura agregada com uma estrutura superficial compacta e diminuindo gradativamente os vazios na figura à direita. No entanto, a eficiência da evaporação da água também diminuirá com a diminuição da taxa de vazios do lodo.

Comparação da composição do lodo antes e depois da secagem

A figura mostra os resultados da análise de varredura espectral infravermelha antes e depois da secagem do lodo. Os grupos funcionais representativos do grupo seco de lodo são principalmente H2O livre, -OH, -CH2, -CH3, anel aromático, C = C, CO, hidrocarboneto halogenado, etc. os tipos de matéria orgânica podem ser proteínas, lipídios, amido e celulose. Estudos demonstraram que o teor de proteína da matéria orgânica do lodo é superior a 60%, lipídios é de cerca de 20%, amido e celulose é de cerca de 15%, a decomposição dessa matéria orgânica produzirá NH3, H2S e VOCs e outros gases odoríferos.

EPS é um polímero elevado composto de proteínas, polissacarídeos e uma pequena quantidade de lipídios, ácidos nucléicos e húmus. A detecção de compostos característicos do EPS indica a existência de grande quantidade de EPS no lodo. Como um importante componente orgânico do lodo, o conteúdo de EPS determina a intensidade de absorção infravermelha dos grupos funcionais característicos do lodo. Ao comparar os espectros infravermelhos do lodo antes e depois da secagem e excluindo a interferência sutil das impurezas no lodo durante o processo de análise, pode-se observar que a intensidade de absorção infravermelha do lodo antes da secagem é significativamente maior que a do lodo após a secagem. Comparado com o lodo antes da secagem, os espectros do lodo após a secagem mostraram que os picos dos ombros em 1654 e 1543cm-1 (C=C), 2924cm-1 (CH) e 1076cm-1 (CO) eram menores, o que indicava o decomposição de substâncias semelhantes a proteínas durante o processo de secagem do lodo. Isto também explica a diminuição do teor de matéria orgânica e de matéria volátil após a secagem do lodo.

Comparação do teor de umidade, matéria orgânica e poder calorífico do lodo antes e depois da secagem

A matéria orgânica do lodo é o principal fornecedor do valor calórico do lodo, enquanto o teor de umidade do lodo também tem grande influência no valor calórico. O alto teor de umidade do lodo tem um baixo valor calorífico, o que afetará inevitavelmente a incineração do lodo. Além disso, o consumo de energia do sistema no processo de secagem do lodo é utilizado principalmente para evaporar a água do lodo.

O teor de matéria orgânica do lodo após a secagem diminuiu ligeiramente, e o correspondente alto valor de calorificação da base seca também diminuiu ligeiramente. Foram estudadas a correlação entre o teor de umidade e o valor calórico do lodo e a correlação entre a matéria orgânica do lodo e o valor calórico respectivamente, e o coeficiente de correlação entre as variáveis ​​foi obtido por regressão linear e realizada a análise de correlação.

Existe uma correlação negativa entre o teor de umidade do lodo seco e seu baixo poder calorífico, que diminui com o aumento do teor de umidade. No entanto, o coeficiente de correlação entre o teor de umidade do lodo seco e o baixo valor calórico é 0,882, e o valor P do teste F é 0,061 com 95% de confiança. Como o valor P do teste F é superior a 0,05, o teor de umidade do lodo seco não apresenta correlação linear significativa com o baixo valor calórico.

O coeficiente de correlação entre o teor de matéria orgânica do lodo bruto e o alto valor calórico da base seca foi de 0,997, e o valor P do teste F foi de 0,0033 sob o nível de confiança de 95%. O valor P do teste F é inferior a 0,05, portanto, o teor de matéria orgânica do lodo bruto tem uma correlação significativa com seu alto valor calórico de base seca.

O teor de matéria orgânica do lodo seco correlacionou-se positivamente com o alto poder calorífico da base seca, e o alto poder calorífico da base seca aumentou com o aumento do teor de matéria orgânica. Além disso, o coeficiente de correlação entre o teor de matéria orgânica do lodo seco e o alto valor calórico do substrato seco foi de 0,973, e o valor P do teste F foi de 0,014 sob o nível de confiança de 95%. Como o valor p do teste F é inferior a 0,05, pode-se observar que existe uma correlação significativa entre o teor de matéria orgânica do lodo seco e o alto valor calórico da base seca.

A partir da análise acima, pode-se observar que o valor calórico do lodo está intimamente relacionado ao teor de umidade e ao teor de matéria orgânica, e há uma correlação positiva significativa entre o teor de matéria orgânica do lodo e o valor calórico da base seca do lodo. Isto também mostra que se um grande número de aditivos inorgânicos for utilizado para o condicionamento e desidratação do lodo da estação de tratamento de esgoto, embora possa desempenhar um efeito de desidratação significativo, a introdução de um grande número de substâncias inorgânicas não só melhorará o sistema carga do processo de secagem do lodo, mas também reduzir significativamente o teor de matéria orgânica do lodo, o que causará efeitos adversos na subsequente secagem e incineração do lodo.

Conclusão

Neste artigo, as características do lodo desidratado antes e depois da secagem foram analisadas usando o lodo desidratado do distrito de Qingpu, em Xangai, como matéria-prima.

(1) Com o progresso da secagem, a estrutura superficial do lodo é gradualmente fechada, a lacuna é gradualmente reduzida e a eficiência da secagem é gradualmente reduzida.

(2) O processo de secagem do lodo ocorrerá uma pequena decomposição da matéria orgânica, de modo que o teor de matéria orgânica e matéria volátil do lodo após a secagem seja ligeiramente reduzido.

(3) O baixo valor calórico do lodo está negativamente correlacionado com o seu teor de umidade, mas não há uma relação linear óbvia; Houve correlação linear positiva entre o alto valor calórico do lodo e seu teor de matéria orgânica. Portanto, é necessário reduzir o teor de umidade do lodo e reduzir a perda do teor de matéria orgânica no lodo para garantir o valor calórico do lodo.